增强性能的多用户多输入多输出（mu-mimo）无线电链路的制作方法
【专利摘要】本发明描述了用于增强多用户多输入多输出（MU-MIMO）无线电链路的性能的技术。系统可以包括加扰模块，用来对在传输中待发射的码字中的编码位进行加扰。调制映射器可以对加扰后的编码位进行调制以生成在传输中的调制符号。预编码模块可以对用于所述传输的调制符号进行预编码。使用带有增加数量的码字的码本的反馈模块可以用来减小在来自多个天线的传输中的信道状态信息（CSI）量化误差，所述多个天线耦合至预编码模块且被配置为发射预编码的传输到多个用户。
【专利说明】增强性能的多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线电链路
[0001]优先权要求
要求2011年4月I日提交的美国临时专利申请(序列号N0.61/471042)的优先权。
【技术领域】
[0002]随着对于移动电子设备，多媒体通信已经变得更普遍，移动电子设备用户已经愈加希望可靠的高数据速率传输。多用户多输入多输出(MU-MIMO)可以用来即使在没有增加平均发射功率或频率带宽的情况下也满足更高的数据速率和更好的改善的无线覆盖的要求，因为MU-MIMO结构通过使用给定的频率-时间资源来使用多个空间层递送多个数据流。
[0003]MU-MMO是使用发射器和接收器的无线电通信技术，所述发射器和接收器均具有用来彼此进行无线通信的多个天线。在发射器和接收器处使用多个天线允许施加空间维度以改善无线链路的性能和通过量。MIMO通信可以以开环或闭环技术来执行。使用开环MIMO技术的发射器在信号被发射到接收器前具有对信道条件的最小认识。相反地，闭环MIMO可以在信号被发射前将信道相关的信息从发射器反馈到接收器以允许发射器修改发射信号，从而更好地匹配信道状态条件。在使用闭环MIMO的系统中，从接收器递送到发射器的反馈信息的量可以是非常大的。用来增加在闭环MMO系统中的反馈信道的传输质量的能力可以是有用的。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1是图示了用于无线电链路的带有发射器和多个接收器配置的系统的示例的框图。
[0005]图2是图示了用于增强多用户多输入多输出(MU-MMO)无线电链路的性能的示例系统的框图。
[0006]图3是图示了用于紧密的ULA天线的PMI (预编码矩阵指示)分布的示例的图表。
[0007]图4是图示了用于紧密的交叉极化(Xpol)天线的示例PMI分布的图表。
[0008]图5图示了用于稀疏的交叉极化(Xpol)天线的示例PMI分布。
[0009]图6图示了用于增强多用户多输入多输出(MU-MMO)无线电链路的性能的示例方法。
【具体实施方式】
[0010]现在将参考附图中图示的示例，并且本文中将使用特定的语言来对其进行描述。无论如何将理解的是，不由此意在对技术的保护范围的限制。对相关领域的技术人员而言将发生的并拥有该公开内容的本文中图示的特征的替换和进一步修正以及如本文中图示的示例的额外的应用被认为是在说明书的保护范围内。
[0011]MU-MIMO (多用户多输入多输出)是使用多个独立无线电终端以便增强各个终端的通信能力的MMO的形式。MU-MIMO允许终端以相同的频带同时地在终端与多个用户或多个设备之间发射或接收信号。MU-MIMO可以通过使用额外的信号处理能力来将多个用户利用为空间分布的传输资源。MU-MMO可以增强存在多个用户或连接的MMO系统。
[0012]已经在LTE-A (高级长期演进技术)发行版10文档中讨论了对现有MU-MM0 (多用户多输入多输出)规范的增强。已经做出用来增强发行版8码本以改善MU-MMO性能的提议。大部分这些先前的提议落入如下两个类别:利用时间/频率相关性以减小信道状态信息(CSI)量化误差或者利用空间域相关性以减小CSI量化误差。一些提议是那两个类别的混合。因为对该主题的多元化观点，对于发行版10时间帧，还没有对CSI量化误差减少的提议达成一致。也已经提出了针对CQI/PMI (信道质量指示/预编码矩阵指示)的其它增强方向，诸如=MU-CQI(多用户信道质量指示)、子频带PMI和秩限制的PMI。不幸地，没有来自那些提议的在可可达成成果上的一致性。由此，现有的4Tx (四个发射器)反馈性能目前保持得与在3GPP LTE-A发行版8中相同。
[0013]在3GPP LTE-A发行版10的讨论期间，许多通信网络操作者指出4Tx对于移动电子设备中的实际部署仍保持有用的天线配置。与在发行版10中定义的STx (八个发射器)码本相比，4Τχ码本具有更低的角分辨率，所述8Τχ由4Tx DFT (离散傅立叶变换)向量以及在两个4Τχ部件之间的共相位组成。例如，秩I的4Τχ码本仅具有8个DFT向量。然而，8Τχ码本的4Τχ成分具有32个DFT向量。一般地，当改善4Τχ码本的量化误差时在MU-MMO中可以观察到5-10%的SE (频谱效率)增益，特别对于秩I和秩2。如果考虑SU-MMO (单用户多输入多输出)的联合调度，也可以实现类似的SE增益。
[0014]图1图示了用于无线电链路的带有多个发射器和接收器配置的MU-MMO系统。这些类型的系统可以使用用于通过将数据划分为窄频带子载波或音调来发射数据的多载波通信。多载波技术的示例是正交频分复用(0FDM)，其中，多个子载波彼此正交。图1中的框图图示了在MU-MMO系统中的示例无线通信链路。
[0015]无线发射器102可以经由无线信道与无线接收器104、106进行通信。发射器102可以具有多个发射天线llOa-c，并且每个接收器可以具有两个或更多的接收天线120a_b和122a-b。每个无线信道可以是MIMO信道。当使用多载波通信时，发射天线中的每个可以具有与发射器相关联的对应的多载波发射器。虽然图示了用于发射器和接收器的两个或三个天线，但是MIMO系统可以包括用于发射器和接收器两者的两个或更多的发射器的使用。MU-MMO系统也可以包括每个仅使用单个天线的多个收发器。
[0016]图1的无线链路可以使用“闭环”MMO通信方案。接收器104可以将信道相关的反馈信息传递给发射器102，以由发射器在增进更有效的传输信号中使用。用于正向链路的天线可以由反向链路使用，或者单独的天线可以用于反向链路。例如，增进信道相关的反馈的一个方法使用奇异值分解(SVD)。发射器102和接收器104可以使用各种天线类型，包括:偶极子天线、贴片天线、螺旋天线、天线阵列以及所列出天线的组合。
[0017]图2图示了用于增强MU-MIMO无线电链路的性能的示例系统。图2中描述的技术是应用于多于一个物理信道的一般结构。表示下行链路物理信道的基带信号可以通过使用在所描述的模块中发生的以下操作来定义。系统可以包括用来对传输(例如，在物理信道上)中待发射的码字中的编码位进行加扰的加扰模块210。通过使用关于信道的信息，发射器可以以简化或改善接收器处理的方式修整至信道的发射信号。接收器可以通过处理从接收器接收的训练信号来生成信道相关的反馈信息。
[0018]可以提供用来调制加扰后的编码位以生成在传输中的调制符号的调制映射器212。所生成的这些调制符号可以是复值调制符号。可以使用包括双相移键控(BPSK)、四相移键控(QPSK)正交幅度调制(QAM)、8-QAM、16-QAM、64-QAM等等的不同类型的调制。所使用的调制类型可以取决于信号质量。然后，层映射器216可以将复值调制符号映射到一个或数个传输层218上。
[0019]然后，预编码模块220可以对用于传输的调制符号进行预编码。例如，该预编码可以在用于在天线端口上进行传输的每一层上对复值调制符号进行编码。可以使用预编码将天线域信号处理转换为波束域处理。此外，天线端口也可以耦合至多个天线。可以从对接收器站和发射器站两者而言均已知的被称作码本的预编码矩阵的有限集选择发射预编码器。反馈模块222可以减小来自多个天线的传输中的信道状态信息(CSI)量化误差，所述多个天线耦合至使用码本的预编码模块。CSI量化误差的量可以取决于码本的大小。通过将额外的码字添加到码本可以显著地减小CSI量化误差的量，所述码本已经针对特定类型的多个天线或一个天线配置被格式化。MU-MIMO系统性能和全部通信信道可以通过减小CSI量化误差来改善。接收器中的反馈模块可以基于如通过本地接收器230接收的当前信道状态信息(CSI)用选定基准从码本选定令人满意的预编码器，并在受限的反馈信道上将预编码器在矩阵中的索引发回报告至发射器。下文将更全面地讨论用来减小CSI量化误差的额外的码字的数量和码本的格式化。
[0020]资源要素映射器224可以用来将用于每个天线端口的复值调制符号映射到可得的资源要素。然后，OFDM信号生成模块226可以生成用于每个天线端口 228的复值时分双工(TDD )或频分双工(FDD ) OFDM信号。
[0021]然后，可以通过将预编码传输发送到天线端口来将预编码传输发射到多个用户。具体地，可以通过使用耦合到天线端口的多个天线来将预编码传输发射到多个用户。
[0022]在MU-MMO通信系统中，显著的通过量增益可以通过闭环操作来获得。传输的至少两方面可以适应于信道条件:传输秩(独立空间层的数量)以及将空间层映射到发射天线的预编码矩阵。为了方便反馈和发出信号，用于每个秩的预编码矩阵经常被限制为有限的预先确定的码本。
[0023]为了减小传输中的信道状态信息(CSI)量化误差，可以使用带有增加数量的码字的码本。更具体地，与四发射器(4Tx)码本相比，在该技术中使用的码本可以具有增加数量的码字。例如，码本可以具有多于32的码本条目。在增加码本条目的数量的情况下，也存在对应的从现有的4位上升至5位或6位的表示码本中条目的位的数量的增加。
[0024]这些额外的码本条目可以包括用来共同寻址如下天线的条目:紧密的ULA(均匀线性阵列)天线、紧密的交叉极化(Xpol)天线、稀疏的交叉极化天线以及地理上分开的天线。至码本的额外条目中一些可以包括额外的DFT (离散傅立叶变换)向量。例如,可以将额外的DFT (离散傅立叶变换)向量添加到用于与紧密的ULA (均匀线性阵列)天线和紧密的交叉极化天线通信的现有的4Tx (四发射器)码本。作为另一个示例，可以将额外的非-DFT (非离散傅立叶变换)向量添加到现有的4Tx码本以改善与紧密的交叉极化天线通信的性能。
[0025]也可以将非恒定模量码字添加到用于稀疏的交叉极化天线或地理上分开的天线的码本。可以使用的非恒定模量码字的示例是[I I O 0]τ，其中T是矩阵的转置。也可以将用于地理上分开的天线的非恒定模量码字的使用应用于其它数量的Tx天线，诸如:对于2Τχ (即，两个发射器)，可以添加[I 0]τ和[O 1]τ。[0026]用于闭环MMO通信的目前配置或所定义的标准提供在CQI中的4位PMI信息。为了容纳允许使用多于32个码字所需的额外的位，可以为两个最高有效位的传输提供空间。在一个配置中，可以发射作为预编码矩阵指示(PMI)的六个位以识别用于每个码字的码本中的条目。在物理上行链路控制信道上，六个位中的两个最高有效位可以与RI (秩指示)一起被发射，并且剩下的四个位可以作为信道质量指示(CQI)中的PMI被发射。
[0027]为了改变现有的码本并增加码字的数量，可以修改用于3GPP TS 36.211 (BP,LTE-A)的规范。增加的PMI位具有对UCI (上行链路控制信息)定义和规范36.211中的编码的影响。如果诸如CQI报告的一个报告因为更大的PMI大小而超过了有效负载极限，则可以使用专门的处理，诸如:RI报告中的额外信息的包含。码本更新可以导致在整个多个规范上的详述和传播中的许多改变。
[0028]为了更新发行版8码本(例如，为了增加更多的码字)，可以使用特定的设计，诸如:为了一致性而添加恒定模量和有限字母。然而，这种方法对于稀疏的4Tx X-Pol(交叉极化)天线可能是低效的。在这种配置中，非恒定模量码本可以具有一些好处。对于稀疏的X-Pol天线，码本中的非恒定模量码字的添加可以带来更好的通过量增益。
[0029]在发行版8中，通过如下步骤将4Τχ码本构建为表:将向量扩展为方形矩阵，并接着从该矩阵选定列。首先 ，选择16个4X1向量(即，Utl至u15)，然后从16个向量构建16个4X4矩阵Wtl至W15,如Wn=1- 2ununH|unHun。该等式被称作豪斯霍尔德变换(Householderreflection)。矩阵Wn中的四列彼此正交。通过从方形矩阵Wn选定列来形成秩I到秩4的码字。例如，秩I码本拾取所有Wn的第一列。此外，秩2码本拾取第一列和余下列中的一列。码字Un的每个条目的模量可以是恒定的。该性质被称作恒定模量。另一个属性是嵌套性质。即，用于相同的码本索引的更高秩的预编码器包含用于带有更低秩的相同的码本索引的列。嵌套的主要好处是对秩自适应的计算复杂度节省和在周期性CQI报告的情况下对于RI (秩指示)失配的鲁棒性。
[0030]在发行版10中，8Tx码本通过假设诸如8Τχ紧密的ULA和8Τχ紧密的Xpol的典型天线配置来优化码本性能。由此，STx码本设计的问题已经被划分为设计用于紧密的4ΤχULA的4Τχ码本和在两个极化天线集之间进行共相位。例如，32个4Tx DFT波束和4个共相位值已经如下定义:
【权利要求】
1.一种用于增强多用户多输入多输出(MU-MMO)无线电链路的性能的系统，包括: 加扰模块，对在传输中待发射的码字中的编码位进行加扰； 调制映射器，对加扰后的编码位进行调制以生成在所述传输中的调制符号； 预编码模块，对用于所述传输的调制符号进行预编码； 反馈模块，使用带有增加数量的码字的码本以减小在来自多个天线的传输中的信道状态信息(CSI)量化误差，所述多个天线耦合至所述预编码模块且被配置为发射预编码传输到多个用户。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述码本具有与4Tx码本相比增加数量的码字。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述码本中的条目的数量大于32个码本条目。
4.如权利要求3所述的系统，其中六个位作为预编码矩阵指示(PMI)被发射以识别用于每个码字的所述码本中的条目。
5.权利要求4所述的系统，所述六个位中的两个最高有效位与RI(秩指示)一起被发射，并且剩下的四个位作为在物理上行链路控制信道上的信道质量指示(CQI)中的PMI被发射。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述码本包括用来共同寻址与无线设备的通信的条目，所述无线设备采用如下天线中的至少一种:紧密的ULA天线、紧密的交叉极化天线、稀疏的交叉极化天线以及地理上分开的天线。
7.如权利要求1所述的系统，进一步包括:将额外的DFT(离散傅立叶变换)向量添加到4Τχ码本，以用于与无线设备通信，所述无线设备采用紧密的ULA (均匀线性阵列)天线和紧密的交叉极化天线。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括:将额外的非DFT(非离散傅立叶变换)向量添加到4Τχ码本以改善与无线设备通信的性能，所述无线设备采用紧密的交叉极化天线。
9.如权利要求1所述的系统，进一步包括:将非恒定模量码字添加到用于稀疏的交叉极化天线或地理上分开的天线的所述码本。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述预编码模块被配置为在用于在耦合至所述多个天线的天线端口上进行传输的每一层上对复值调制符号进行预编码。
11.权利要求1所述的系统，进一步包括移动设备，被配置为连接到无线局域网络(WLAN)、无线个人区域网络(WPAN)和无线广域网络(WffAN)中的至少一个，其中所述移动设备包括天线、触摸敏感显示屏幕、扬声器、麦克风、图形处理器、应用处理器、内部存储器、非易失性存储器端口及其组合。
12.一种用于增强多用户多输入多输出(MU-MMO)无线电链路的性能的方法，包括: 对在物理信道上待发射的码字中的编码位进行加扰； 对加扰后的位进行调制以生成在传输中的复值调制符号； 在码本中提供增加数量的码字以减小信道状态信息(CSI)量化误差； 通过使用所述码本来对所述传输的所述复值调制符号进行预编码； 发送所述预编码的传输到天线端口 ；以及 通过使用耦合至所述天线端口的多个天线来发射所述预编码的传输。
13.如权利要求12所述的方法，其中向所述码本提供增加数量的码字进一步包括添加与4Τχ码本相比增加 数量的码字。
14.如权利要求12所述的方法，进一步包括:将表示所述码本中的条目的位的数量增加至5位或6位。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括:增加表示所述码本中的条目的位的所述数量以使所述码本能够减小在与无线设备通信中的CSI量化误差，所述无线设备采用如下天线中的至少一种:紧密的ULA天线、紧密的交叉极化天线、稀疏的交叉极化天线以及地理上分开的天线。
16.如权利要求12所述的方法，进一步包括:将DFT向量添加到现有的4Tx码本中，以用于与无线设备通信，所述无线设备采用紧密的ULA天线。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括:将非DFT向量添加到所述码本以进一步改善与无线设备的通信的性能，所述无线设备采用紧密的交叉极化天线。
18.如权利要求12所述的方法，进一步包括:将非恒定模量码字添加到所述码本，以用于与无线设备通信，所述无线设备采用稀疏的交叉极化天线或地理上分开的天线。
19.如权利要求12所述的方法，其中预编码进一步包括在用于在所述天线端口上进行传输的每一层上对复值调制符号进行预编码。
20.如权利要求12所述的方法，进一步包括使用多个发射器设备和多个接收器以形成多个无线电链路。
21.如权利要求20所述的方法，其中使用多个发射器和接收器配置进一步包括使用四个发射器(4Τχ)和四个接收器的组合。
22.—种计算机程序产品，包括具有呈现在其中的计算机可读程序代码的计算机可用介质，所述计算机可读程序代码适应于执行权利要求12所述的方法。
23.一种用于增强多用户多输入多输出(MU-MMO)无线电链路的性能的系统，包括: 加扰模块，对在物理信道上待发射的码字中的编码位进行加扰； 调制映射器，对加扰后的编码位进行调制以生成在传输中的复值调制符号； 层映射器模块，将所述复值调制符号映射到天线端口 ； 预编码模块，通过使用带有增加数量的码字的扩展的码本来对用于所述传输的所述复值调制符号进行预编码以减小信道状态信息(CSI)量化误差；以及 天线，耦合至天线端口以为用于传输的多个用户接收预编码的传输。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述扩展的码本具有与4Τχ码本相比增加数量的码字。
【文档编号】H04B7/04GK103703695SQ201180070553
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2011年9月30日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】Y.朱, Q.李 申请人:英特尔公司